宇(yǔ)宙是“人为制造”的？为何会存在科学(xué)无法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类(lèi)为(wèi)了寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家们在(zài)过去的几十年当中进行(xíng)了超过(guò)50次的(de)长(zhǎng)期实(shí)验，但(dàn)是却没有发现(xiàn)任(rèn)何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自(zì)然(rán)哲学数学原理一书中，埃萨克牛(niú)顿发(fā)表了万有引力(lì)定律，它揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发(fā)现(xiàn)某些天体运行轨(guǐ)道出(chū)现异常，不符合(hé)万有引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另(lìng)外，哈雷彗星、冥王星的发现都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天(tiān)文成就的例子。但是(shì)这些发(fā)现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当我们上升到(dào)星系(xì)或者是星(xīng)团的尺度(dù)，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的(de)物理(lǐ)学家弗里茨兹威基正在研究和测量(liàng)后发星系(xì)团(tuán)的质量。这是一个由数千(qiān)个星系所组成的巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束(shù)缚在一起(qǐ)。测量星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般(bān)会(huì)使用到两种方法，当两种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围。

第一种是(shì)获得其"光度学的(de)质量"，需要(yào)的数据(jù)是(shì)测量各(gè)个星系(xì)的(de)光度。

第二种是动(dòng)力学质量的计算，是(shì)利用光谱红移测量星(xīng)系团中的各个星(xīng)系相对于星系团的运动速度。当测量结果(guǒ)出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系(xì)团有99%的质量(liàng)消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以(yǐ)可见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无法看到(dào)。最(zuì)诡(guǐ)异的是，在测量速度的(de)过程中(zhōng)，兹(zī)威基发现星系团中很(hěn)多星系的(de)速度比理论(lùn)上(shàng)要快(kuài)得多，按照牛(niú)顿的运(yùn)动学定律，仅(jǐn)靠(kào)这些可见星系的质(zhì)量所产生(shēng)的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星(xīng)系团内的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外(wài)了，除(chú)非有一(yī)种神秘的力量(liàng)在(zài)起作(zuò)用，这种力量来源于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基(jī)提出了这样部分不可见的暗质，它不发散光、吸光、反(fǎn)射光，但是它们却占据着(zhe)宇宙中绝(jué)大部分的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的一(yī)种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一顾。

直(zhí)到40年之(zhī)后，“暗(àn)物质”这个(gè)词才(cái)再一(yī)次出现。天文学(xué)家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星(xīng)运(yùn)动。理论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的(de)恒星(xīng)在(zài)其轨道上的运行速度就会越(yuè)慢。但(dàn)是他们观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不可思议(yì)。

随(suí)着与中心距离(lí)的增加，恒星的(de)旋转速(sù)度(dù)几乎保持(chí)不变。可是(shì)根(gēn)据(jù)牛顿的万(wàn)有引力定(dìng)律，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够(gòu)大的质量来吸引它们，这些外围的恒(héng)星早就被(bèi)甩到宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象，科学家们会使用一种相对(duì)标准的方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方法就(jiù)是测量星系当中气体在X轴上(shàng)距离星系(xì)中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体(tǐ)的旋转(zhuǎn)速度。如(rú)果出(chū)现异常的结(jié)果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电望(wàng)远镜测量了距离星系(xì)中心更远距离的氢(qīng)元(yuán)素(sù)，发现它们的旋转速度(dù)并不符合牛顿的力学定(dìng)律(lǜ)。我们的太阳系也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万(wàn)有(yǒu)引力定(dìng)律进行计算，太阳系的运行速(sù)度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银河(hé)系旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理(lǐ)论(lùn)速度(dù)，那么产生以(yǐ)上这种向心加速度的(de)原因(yīn)很(hěn)可(kě)能就(jiù)是存在(zài)着一种(zhǒng)我(wǒ)们看不(bù)到的(de)物质，是(shì)这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚集在了一(yī)起。

也是从这(zhè)时开始，越来越(yuè)多的(de)研究人员开始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星(xīng)系外(wài)恒星轨道的速度，估算在星系(xì)当中暗物质(zhì)的质(zhì)量占整(zhěng)个星系质量的85%。但是，暗物质并不(bù)是(shì)唯一可以解释这个现(xiàn)象的原因。在一项新(xīn)的研(yán)究(jiū)当中，科学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星之(zhī)间，也会出现速(sù)度上(shàng)的(de)微(wēi)小差异(yì)。另外，天文学家还发(fā)现了一个反常的(de)星系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年(nián)，大小和银(yín)河系不多，但是星系当(dāng)中存在的恒星数(shù)量却只有(yǒu)银河系(xì)的千(qiān)分之一。

所以在理论上，该星系必(bì)须存在暗(àn)物质，否(fǒu)则就会分崩(bēng)离析。但是科学家们使用最先进(jìn)的(de)望远镜对(duì)其进行了(le)40个小(xiǎo)时的详细测量(liàng)之后，发现星系中的恒星(xīng)运(yùn)动(dòng)是可以用正常(cháng)的物质和力学定(dìng)律来解释的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该星系的(de)暗物质，已(yǐ)经被(bèi)附近(jìn)的(de)另一个大星系剥离了(le)。奇(qí)怪(guài)的是，它的附近没(méi)有任何星系存在。造成这些现象的除了暗物质的假说(shuō)之(zhī)外，另一种可(kě)能就是人类对(duì)引力的理解还不够全面，引力很(hěn)可(kě)能(néng)在不同尺度空间中的(de)工作方式(shì)是不(bù)同的，这意味(wèi)着(zhe)在(zài)行星系尺度中的天体会沿着它们的轨道，按照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升到星系和(hé)星(xīng)团的(de)尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不同(tóng)的(de)方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入了外部(bù)场效应的概(gài)念，指的是在数百万光(guāng)年的规模上，巨大(dà)的质量之间(jiān)会产生对彼此特殊的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着我们需要对现(xiàn)在(zài)的物理定律(lǜ)进行(xíng)修(xiū)正(zhèng)，这些(xiē)发现也让很多人(rén)认为(wèi)暗(àn)物质假(jiǎ)说理论就此终结。但是在宇宙当中还(hái)有关于暗物质存在(zài)的其(qí)他的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论所没法(fǎ)解(jiě)释的“引力(lì)透镜”。

径向距离为(wèi)37亿光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞的(de)星系(xì)团所组成(chéng)，类似这样的星(xīng)团(tuán)，它们(men)大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在星(xīng)系的气体当(dāng)中。当星团以1000万公里/小时发生碰撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升(shēng)高，速度大幅降低。所以(yǐ)在理论(lùn)上，在(zài)碰撞之后，子弹星系团大部分的质量(liàng)将位于所有这(zhè)些气体所在的中间区域(yù)。那么我们通过什(shén)么来验证它的质量区(qū)域到底是(shì)不是(shì)集中在中间呢？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯太空望远(yuǎn)镜传回(huí)了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一(yī)张全(quán)彩的高(gāo)清照(zhào)片(piàn)，在照片中我们可以明(míng)显(xiǎn)地看到很多星系(xì)似乎被(bèi)拉伸(shēn)产(chǎn)生了巨大(dà)的形变。其实这些星系本身并不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出(chū)了什么问题，而是这样极遥远的天体(tǐ)和我(wǒ)们地(dì)球上(shàng)的观测者之间。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这(zhè)个(gè)超大质量的东(dōng)西的引力(lì)，会使身后更(gèng)遥远星系的光(guāng)都发生了扭(niǔ)曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应。这(zhè)个巨(jù)大的天体(tǐ)可能是超大质量的黑(hēi)洞或者是暗物质。

所以当人们(men)对子(zi)弹(dàn)星系(xì)团观测的时候，发现它的大质量区域并不(bù)是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好的(de)解释方法(fǎ)就是(shì)当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的碰撞时(shí)，可被观测(cè)到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗(àn)物(wù)质(zhì)则直接通过了这个(gè)区域，并在两边形成了(le)引(yǐn)力透镜。对子弹星系团的引(yǐn)力(lì)透镜(jìng)研究也(yě)被认为是暗物质存在的迄今为止最好(hǎo)的理论(lùn)证据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇宙当中最(zuì)古老的光。从宇宙(zhòu)大爆炸(zhà)开始，38万年之后，可见光终于可(kě)以(yǐ)畅通无(wú)阻地穿(chuān)越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在(zài)宇(yǔ)宙空间(jiān)背景上留下了(le)各(gè)相同性(xìng)的微波辐(fú)射。其(qí)中(zhōng)红色的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝(lán)色则表示相对(duì)较冷的区域，但实际(jì)上它(tā)们之(zhī)间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家们(men)通过对前景(jǐng)背景分离(lí)后的(de)二值(zhí)图像进行连通域提取和(hé)标记之后发现，如(rú)果宇宙(zhòu)当(dāng)中没有暗物质(zhì)，图形看起来不应(yīng)该是这(zhè)样(yàng)的，而随(suí)着暗物质的增加，一些峰值的幅度会(huì)减小，才(cái)变得看起来“和谐(xié)”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的测(cè)量(liàng)值，我们需要的(de)暗物质大约是普通物质(zhì)的5倍(bèi)。这个数字与(yǔ)解释星(xīng)系当中恒(héng)星运动所需要的暗(àn)物质(zhì)比例是(shì)一致的。这(zhè)就意味(wèi)着。

用了济南初中排名前十名(济南中学排名)，济南初中排名前50一(yī)个简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地(dì)解释(shì)了很多(duō)不同的观测结果。而(ér)暗物质的(de)本质就是宇(yǔ)宙当中(zhōng)存在着某种类型(xíng)的粒子，它们不参与任何(hé)其他(tā)的(de)电(diàn)磁作用，只通过引力来相互作用。所以如果能够(gòu)找到这(zhè)种粒子(zi)的存在(zài)，就相当于找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实(shí)际证(zhèng)据。这(zhè)种粒(lì)子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数十(shí)种的假想(xiǎng)目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同(tóng)的目标粒子(zi)所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在过(guò)去的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找这些看(kàn)不见、摸不(bù)到(dào)，几(jǐ)乎不(bù)会(huì)与常(cháng)规(guī)物(wù)质(zhì)相(xiāng)互作用(yòng)的“暗(àn)物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过(guò)50次的实验(yàn)，却没有任何实质性的发(fā)现，除了(le)一个地方，意大利的格兰(lán)萨(sà)索山，隶属于(yú)阿(ā)尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地(dì)下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏着地球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个实验(yàn)室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一(yī)个三层楼高的探测器，一(yī)直致力于寻(xún)找暗物质粒子的周期性(xìng)震荡。

自(zì)1997年以来(lái)，这里的科学家(jiā)声称观测到了某(mǒu)种信(xìn)号。经过了(le)20多年的数(shù)据收集，人(rén)们发现了(le)一个有趣的事情。探测率会在每年的6月(yuè)份达到峰值，然(rán)后在11月降到(dào)最低(dī)，而且在20年当(dāng)中每年(nián)都是(shì)一(yī)样。一些科学(xué)家认为(wèi)这(zhè)可(kě)能是(shì)人(rén)类(lèi)发现暗物质的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会(huì)产生周期(qī)性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速(sù)度围绕着银河系(xì)进行移动，那(nà)么如果(guǒ)暗(àn)物质存在宇宙当中(zhōng)，这意(yì)味(wèi)着我(wǒ)们也在以这样的速度在穿越着暗物质流，这个过(guò)程中会产生相应的振荡(dàng)，同时地球(qiú)又以30公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕太阳进行旋(xuán)转。所以有半年的时间，地球围(wéi)绕太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河系(xì)的(de)方向是(shì)一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月(yuè)份的时候，地球与太阳的方(fāng)向正好达到完全(quán)一(yī)致，这是(shì)理论(lùn)上地球(qiú)穿越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管在实际(jì)的情况(kuàng)中，太阳系(xì)相对银河系(xì)的平(píng)面呈(chéng)现了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这(zhè)并不(bù)影响这个理论的有效性。

因此科(kē)学家认为这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况(kuàng)，造成这种年(nián)度周期信号的差异(yì)也可能是温(wēn)度、湿度、土壤(rǎng)中的(de)水分(fēn)、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大利游客的数(shù)量也符合这个(gè)周期(qī)的规律(lǜ)。

所以(yǐ)，科学家们又在南半球(qiú)建立了一(yī)个几乎相(xiāng)同的(de)实验室，这(zhè)里的季(jì)节与之前的实验室正好相反，而在这里，地球穿(chuān)过暗物质流的(de)运动特征(zhēng)和第一个实(shí)验室是一(yī)样的(de)。

因此，如果在这里可以(yǐ)得到相同的信号，就可以成为暗物质所存在(zài)的非常有力(lì)的(de)证据了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久(jiǔ)，所以(yǐ)截至目前(qián)还无法提(tí)供相应的数据支持(chí)。另(lìng)外(wài)，在(zài)2025年(nián)，NASA将会发射一(yī)台新的望远(yuǎn)镜，这台太空望(wàng)远镜叫做(zuò)“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的(de)主镜大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它(tā)的宽视场仪器提供(gōng)的视野(yě)是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗(luó)曼太空望远镜其(qí)中一个关键的(de)用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对(duì)于探测的结果，我们(men)只(zhǐ)能(néng)拭目以待(dài)了。费米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学(xué)家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研究(jiū)发现，如(rú)果暗(àn)物质存(cún)在，它们极有可能拥(yōng)有另一种神(shén)秘的(de)效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持(chí)宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生命进化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理(lǐ)论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物质会不会意味着人类并不(bù)孤单呢(ne)？或许在宇宙(zhòu)当中某个角落的行星(xīng)上，暗物质正在通过(guò)这(zhè)样(yàng)的效应创造(zào)生命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么(me)小(xiǎo)伙伴们，你们(men)觉得暗物质到(dào)底存不存在呢(济南初中排名前十名(济南中学排名)，济南初中排名前50ne)？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更新的动(dòng)力！

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